專利名稱：一種變通道擠壓模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料的熱加工領(lǐng)域，具體是一種變通道擠壓模具。
二、 背景技術(shù)。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，重大裝備正在向大型、重載、高功率、高可靠性的方 向發(fā)展。作為為重大裝備提供主要承力構(gòu)件的鍛造技術(shù)在航空、航天、原子能、汽車、 機(jī)械等工業(yè)部門中起著不可替代的作用。鍛造工藝不僅可以獲得所需要的形狀和尺寸， 而且還能顯著地改善材料的強(qiáng)度、塑性和韌性等力學(xué)性能。
在重大機(jī)械裝備中，如火車主軸、汽車曲軸、航空發(fā)動機(jī)渦輪盤、渦輪葉片等零 件的斷裂事故與鍛件質(zhì)量有著很大的關(guān)系。零件斷裂是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，而材料 的微觀組織結(jié)構(gòu)是影響材料斷裂的主要因素。在冶金、鑄造、鍛造等熱加工過程中， 材料內(nèi)部往往存在縮孔、疏松、夾雜、偏析、晶粒粗大等組織缺陷，而斷裂裂紋首先 從這些位置形核并長大。因此，通過制坯工藝細(xì)化鍛件的晶粒，打碎夾雜物，改善鋼 材的冶金質(zhì)量，對提高鍛件力學(xué)性能至關(guān)重要。
常規(guī)的鍛件制坯工藝有鐓拔或擠壓工藝。單次鐓拔工藝變形程度小，不利于改善 坯料的內(nèi)部組織，且坯料的外部邊緣存在很大的拉應(yīng)力，在成型過程中常會出現(xiàn)裂紋， 從而造成廢品。而常規(guī)擠壓工藝所需設(shè)備噸位高，模具承載復(fù)雜；外緣變形程度大， 內(nèi)部變形程度小，不利于改善坯料的內(nèi)部組織。
20世紀(jì)80年代初期，Segal及其合作者提出了在不改變坯料截面形狀的條件下進(jìn) 行強(qiáng)烈塑性變形的等通道角擠壓(Equal Channel Angular Press ECAP)制坯技術(shù)， 其原理是通過多次反復(fù)剪切變形獲得亞微米或納米級組織。等通道角擠壓制坯工藝在 一次擠壓后，其剖面的應(yīng)變分布極不均勻，需經(jīng)多次改變方式和變換角度擠壓，以獲 得較大的應(yīng)變和應(yīng)變的均勻分布，且擠壓過程中變形坯料所承受的應(yīng)力狀態(tài)不理想， 剖面的應(yīng)變分布也難于控制均勻。
三、發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的或者材料在成型過程中常會出現(xiàn)裂紋，或者所需設(shè)備噸 位高、模具承載復(fù)雜，或者等通道角擠壓中，變形坯料所承受的應(yīng)力狀態(tài)不理想，剖 面的應(yīng)變分布也難于控制均勻的不足，本發(fā)明提出了一種變通道擠壓模具。本發(fā)明所采用變通道擠壓模具，主要包括凸模和凹模。凸模為圓柱形， 一端為擠 壓設(shè)備的裝夾固定端，另一端為擠壓工作端；凸模工作部位的外形尺寸同坯料的外形 尺寸。
凹模為中空柱形，其外形尺寸須滿足擠壓的強(qiáng)度要求。凹模的中空部分形成了擠 壓模型腔，該擠壓模型腔分為五個(gè)部分，由坯料入口至坯料出口，依次為進(jìn)料段、前 成型段、中成型段、后成型段和出料段。迸料段為圓形等徑通道，該進(jìn)料段的長度略 大于坯料的長度；進(jìn)料段的直徑同坯料的直徑。前成型段為圓-橢圓過渡通道，即該前 成型段的兩端分別為圓形和橢圓形，并且圓形的直徑同坯料的直徑，橢圓形的面積為 坯料面積的80 85%，長短軸之比約為2 5;圓形和橢圓形之間光滑過渡；前成型段 的長度為l/3 l/4坯料長度。中成型段為等截面的橢圓形通道，其截面的長軸和短軸 均同前成型段的橢圓形端口的截面；中成型段6與后成型段7相鄰端的橢圓截面繞凹 模中心線旋轉(zhuǎn)0 45。以增加扭轉(zhuǎn)變形成分；中成型段的長度為1/3 i/4坯料長度。 后成型段為橢圓-圓過渡通道，并且后成型段一端的橢圓形與中成型段的橢圓形相同， 另一端的圓形直徑同成型后預(yù)制工件的直徑；橢圓形和圓形之間光滑過渡；后成型段 的長度為1/3 1/4坯料長度。出料段為等截面圓形通道，其直徑與后成型段圓形端口 的直徑相同，該出料段的長度為1/2坯料長度。
利用本發(fā)明成型預(yù)制工件時(shí)，通過擠壓設(shè)備驅(qū)動凸模，從而使凸模驅(qū)動坯料；使 坯料從凹模進(jìn)口依次經(jīng)過凹模的進(jìn)料段、前成型段、中成型段、后成型段及出料段， 先由圓截面變?yōu)闄E圓截面，再由橢圓截面變?yōu)閳A截面，最后成型出預(yù)制工件。
變通道擠壓變形由常規(guī)沿坯料軸向截面變化的擠壓壓縮變形和兩次相當(dāng)于在橫截 面上鐓拔變形以及扭轉(zhuǎn)變形組成，實(shí)現(xiàn)了一次擠壓過程多種變形模式的組合，在同樣 擠壓比的情況下可以獲得較大的變形程度，并能極大地改善坯料內(nèi)部的應(yīng)變分布，應(yīng) 力分布和微觀組織形態(tài)。適合于火車主軸、汽車曲軸、飛機(jī)起落架等大型軸類零件以 及高速鋼、粉末冶金等難變形材料的鍛造制坯，提高其力學(xué)性能。模具結(jié)構(gòu)簡單，載 荷噸位小，有利于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化，可廣泛應(yīng)用于鋼鐵 和有色金屬棒材及線材的生產(chǎn)。 四

附圖1是變通道擠壓模具的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是凹模的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3是凹模進(jìn)料段的截面形狀示意圖； 附圖4是凹模前成型段的截面形狀示意圖； 附圖5是凹模定型段的截面形狀示意圖； 附圖6是凹模后成型段的截面形狀示意圖； 附圖7是凹模出料段的截面形狀示意圖。其中 1.凸模2.坯料3.凹模4.進(jìn)料段5.前成型段6.定型段7.后成型段8.出料段 五具體實(shí)施方式實(shí)施例一
本實(shí)施例是一種用于成型預(yù)制工件的坯料2規(guī)格為0100 mmx400 mm、制備出規(guī) 格為080 mmx625 mm的預(yù)制工件的變通道擠壓模具，包括凸模1和凹模3。凸模1 和凹模3均用為5CrMMo鋼制成。凸模1為圓柱形， 一端為擠壓設(shè)備的裝夾固定端， 另一端為擠壓工作端；凸模1工作部位的外形尺寸同坯料2的外形尺寸。
如圖2所示，凹模3為中空方柱形，其外形尺寸須滿足擠壓的強(qiáng)度要求。凹模3 的中空部分形成了擠壓模型腔，該擠壓模型腔分為五個(gè)部分，由坯料2入口至坯料2 出口，依次為進(jìn)料段4、前成型段5、中成型段6、后成型段7和出料段8。進(jìn)料段4 為圓形等徑通道，該進(jìn)料段4的長度略大于坯料2的長度，本實(shí)施例中，進(jìn)料段4的 長度為500 mm;進(jìn)料段4的直徑同坯料2的直徑。前成型段5的長度為1/4坯料2長 度；前成型段5的型腔為圓-橢圓過渡通道，即該前成型段5的兩端分別為圓形和橢圓 形，橢圓形的面積為坯料面積的80%，長短軸之比為2.5，即圓形的直徑為100mm， 橢圓形的長軸為73mm，短軸為28.92 mm;圓形和橢圓形之間光滑過渡。中成型段6 的長度為1/4坯料2長度；中成型段6的型腔為等截面的橢圓形通道，其截面的長軸 和短軸均同前成型段5的橢圓形端口的截面。后成型段7的長度為1/4坯料2長度； 后成型段7的型腔為橢圓-圓過渡通道；該后成型段7 —端的橢圓形與中成型段6的橢 圓形相同，另一端的圓形的直徑為80mm;橢圓形和圓形之間光滑過渡。出料S 8的 長度為1/2坯料2長度；出料段8的型腔為等截面的圓形通道，其直徑與后成型段7 一端的圓形的直徑相同。
利用本實(shí)施例成型預(yù)制工件時(shí)，擠壓設(shè)備驅(qū)動凸模1，并通過凸模1驅(qū)動坯料2，使坯料2從凹模3的進(jìn)口依次經(jīng)過凹模3的進(jìn)料段4、前成型段5、中成型段6、后成 型段7及出料段8，先由圓截面變?yōu)闄E圓截面，再由橢圓截面變?yōu)閳A截面，最終成型 為規(guī)格為080 mmx625 mm的預(yù)制工件。
實(shí)施例二
本實(shí)施例是一種用于成型預(yù)制工件的坯料2規(guī)格為0120 mmx450 mm，制備出規(guī) 格為01OOmmx648 mm的預(yù)制工件的變通道擠壓模具，包括凸模1和凹模3，凸模1 和凹模3均用為5CrMnMo制成。凸模1為圓柱形， 一端為擠壓設(shè)備的裝夾固定端， 另一端為擠壓工作端；凸模1工作部位的外形尺寸同坯料2的外形尺寸。
凹模3為中空圓柱形，其外形尺寸須滿足擠壓的強(qiáng)度要求。凹模3的中空部分形 成了擠壓模型腔，該擠壓模型腔分為五個(gè)部分，由坯料2入口至坯料2出口，依次為 進(jìn)料段4、前成型段5、中成型段6、后成型段7和出料段8。進(jìn)料段4為圓形等徑通 道，該進(jìn)料段4的長度略大于坯料2的長度，本實(shí)施例中，進(jìn)料段4的長度為550 mm; 進(jìn)料段4的直徑同坯料2的直徑。前成型段5的長度為1/3坯料2長度；型腔為圓-橢 圓過渡通道，即該前成型段5的兩端分別為圓形和橢圓形，橢圓形的面積為坯料面積 的85%，長短軸之比為2，、即圓形的直徑為120 mm，橢圓形的長軸為78.24 mm，短 軸為39.12 mm;圓形和橢圓形之間光滑過渡。中成型段6的長度為1/3坯料2長度， 型腔為等截面的橢圓形通道，其截面的長軸和短軸均同前成型段5的橢圓形端口的截 面；中成型段6與后成型段7相鄰端的橢圓截面繞凹模中心線順時(shí)針旋轉(zhuǎn)3(T 。后成 型段7的長度為1/3坯料2長度，型腔為橢圓-圓過渡通道；該后成型段7 —端的橢圓 形與中成型段6的橢圓形相同，另一端的圓形的直徑為100mm;橢圓形和圓形之間光 滑過渡。出料段8的長度為1/2坯料2長度，型腔為等截面的圓形通道，其直徑與后 成型段7 —端的圓形的直徑相同。
利用本實(shí)施例成型預(yù)制工件時(shí)，擠壓設(shè)備驅(qū)動凸模l，并通過凸模1驅(qū)動坯料2， 使坯料2從凹模3的迸口依次經(jīng)過凹模3的進(jìn)料段4、前成型段5、中成型段6、后成 型段7及出料段8，先由圓截面變?yōu)闄E圓截面，再由橢圓截面變?yōu)閳A截面，最終成型 為規(guī)格為0100 mmx648 mm的預(yù)制工件。實(shí)施例三
本實(shí)施例是一種用于成型預(yù)制工件的坯料2規(guī)格為0110 mmx400 mm，制備出規(guī) 格為085 mmx670 mm的預(yù)制工件的變通道擠壓模具，包括凸模1和凹模3，凸模1 和凹模3均用為5CrNiMo制成。凸模1為圓柱形， 一端為擠壓設(shè)備的裝夾固定端，另 一端為擠壓工作端；凸模1工作部位的外形尺寸同坯料2的外形尺寸。
凹模3為中空圓柱形，其外形尺寸須滿足擠壓的強(qiáng)度要求。凹模3的中空部分形 成了擠壓模型腔，該擠壓模型腔分為五個(gè)部分，由坯料2入口至坯料2出口，依次為 進(jìn)料段4、前成型段5、中成型段6、后成型段7和出料段8。進(jìn)料段4為圓形等徑通 道，該進(jìn)料段4的長度略大于坯料2的長度，本實(shí)施例中，進(jìn)料段4的長度為500 mm; 進(jìn)料段4的直徑同坯料2的直徑。前成型段5的長度為1/3坯料2長度；型腔為圓-橢 圓過渡通道，即該前成型段5的兩端分別為圓形和橢圓形，橢圓形的面積為坯料面積 的81%，長短軸之比為2，即圓形的直徑為110mm，橢圓形的長軸為70mm，短軸為 35mm;圓形和橢圓形之間光滑過渡。中成型段6的長度為1/3坯料2長度，型腔為等 截面的橢圓形通道，其截面的長軸和短軸均同前成型段5的橢圓形端口的截面，中成 型段6與后成型段7相鄰端的橢圓截面繞凹模中心線逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)45° 。后成型段7的 長度為1/3坯料2長度；型腔為橢圓-圓過渡通道，該后成型段7—端的橢圓形與中成 型段6的橢圓形相同，另一端的圓形的直徑為85mm;橢圓形和圓形之間光滑過渡。 出料段8的長度為1/2坯料2長度，型腔為等截面的圓形通道，其直徑與后成型段7 一端的圓形的直徑相同。
利用本實(shí)施例成型預(yù)制工件時(shí)，擠壓設(shè)備驅(qū)動凸模1，并通過凸模1驅(qū)動坯料2， 使坯料2從凹模3的進(jìn)口依次經(jīng)過凹模3的進(jìn)料段4、前成型段5、中成型段6、后成 型段7及出料段8，先由圓截面變?yōu)闄E圓截面，再由橢圓截面變?yōu)閳A截面，最終成型 為預(yù)制工件。
權(quán)利要求1.一種變通道擠壓模具，主要包括凸模(1)和凹模(3)；凹模(3)為中空柱形，其中空部分形成了擠壓模型腔；凸模(1)的一端為擠壓設(shè)備的裝夾固定端，另一端為擠壓工作端。其特征在于，凹模(3)的擠壓模型腔由坯料(2)的入口至坯料(2)的出口，依次為進(jìn)料段(4)、前成型段(5)、中成型段(6)、后成型(7)和出料段(8)，進(jìn)料段(4)為圓形等徑通道，直徑同坯料(2)的直徑；前成型段(5)為圓-橢圓過渡通道，該橢圓形的面積為坯料面積的80～85％，長短軸之比為2～2.5，圓形和橢圓形之間光滑過渡；中成型段(6)為等截面的橢圓形通道，其截面的長軸和短軸均同前成型段的橢圓形端口的截面，中成型段(6)與后成型段(7)相鄰端的橢圓截面繞凹模中心線旋轉(zhuǎn)0～45°；后成型段(7)為橢圓-圓過渡通道，該后成型段(7)一端的橢圓形與中成型段(6)的橢圓形相同，另一端的圓形直徑同成型后預(yù)制工件的直徑，橢圓形和圓形之間光滑過渡；出料段(8)為等截面的圓形通道，其直徑與后成型段一端的圓形的直徑相同。
2.如權(quán)利要求1所述變通道擠壓模具，其特征在于，進(jìn)料段(4)的長度略大于坯料 (2)的長度；前成型段(5)的長度為1/3 1/4坯料(2)長度；中成型段(6) 的長度為1/3 1/4坯料(2)長度；后成型段(7)的長度為1/3 1/4坯料(2)長 度；出料段(8)的長度為1/2坯料(2)長度。
專利摘要一種變通道擠壓模具，主要包括凸模(1)和凹模(3)。凹模型腔由坯料(2)的進(jìn)口至出口依次為進(jìn)料段(4)、前成型段(5)、中成型段(6)、后成型段(7)和出料段(8)。進(jìn)料段(4)為圓形等徑通道，前成型段(5)為圓-橢圓過渡通道，中成型段(6)為等截面的橢圓形通道，后成型段(7)為橢圓-圓過渡通道，出料段(8)為等截面的圓形通道。坯料(2)從凹模(3)的進(jìn)口進(jìn)入，受凹模3型腔的約束，由圓截面變?yōu)闄E圓截面，再由橢圓截面變?yōu)閳A截面，成型為預(yù)制工件。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、載荷小、成本低和效率高的特點(diǎn)，能廣泛應(yīng)用于鋼鐵和有色金屬的棒材及線材生產(chǎn)，以及大型軸類零件、高速鋼和粉末冶金等難變形材料的鍛造制坯。
文檔編號B21C25/08GK201371172SQ20092003209
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者冀國良, 李付國 申請人:西北工業(yè)大學(xué)